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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2012.tde-31072013-000215
Documento
Autor
Nome completo
Marilena Martins Pamboukian
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2012
Orientador
Banca examinadora
Tonso, Aldo (Presidente)
Barral, Manuel Filgueira
Gomez, José Gregorio Cabrera
Moraes, Angela Maria
Piccoli, Rosane Aparecida Moniz
Título em português
Modelagem metabólica e matemática do comportamento cinético de células S2 de Drosophila melanogaster adequada à sua flexibilidade metabólica.
Palavras-chave em português
Drosophila melanogaster
Metabolismo
Modelagem matemática
Modelagem metabólica
Simulação
Resumo em português
O metabolismo das células S2 (Schneider 2) de Drosophila melanogaster ainda não é totalmente conhecido. Existem poucos estudos específicos sobre o metabolismo de células S2, sejam elas selvagens ou recombinantes (rS2), como por exemplo aquelas transfectadas para a expressão da glicoproteína do vírus da raiva (GPV). Como o genoma da Drosophila melanogaster já foi mapeado, as principais enzimas que atuam nos processos metabólicos em geral já foram identificadas e estão à disposição no KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Assim, o KEGG apresenta todas as possíveis vias metabólicas com as enzimas que podem ser codificadas. Diante deste quadro, foi proposto um modelo metabólico baseado em um conjunto de vias de assimilação de glicose e glutamina e foram encontrados os modos elementares característicos do sistema através do programa Metatool. Em seguida, foi definido o modelo matemático mediante o equacionamento desses modos elementares. Esse processo se repetiu até se encontrar um conjunto de vias metabólicas que, através da modelagem matemática, respondesse coerentemente a um conjunto de dez ensaios em diferentes condições de concentrações iniciais de glicose, glutamina e oxigênio dissolvido. Chegou-se então, a um metabolismo básico para a rS2 contendo 33 vias metabólicas englobando a glicólise, a via das pentoses, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. Dados anteriores indicavam elevada flexibilidade metabólica dessa célula, o que foi prevista através de algumas reações propostas como reversíveis nas vias de degradação e síntese de glutamina. Essa proposta de metabolismo resultou em 37 modos elementares. Outra característica interessante da modelagem foi a utilização da produção de purinas e pirimidinas para a estimativa do crescimento celular. Depois de realizada a modelagem, as mesmas condições iniciais dos ensaios foram simuladas através de um programa de simulação do comportamento cinético das células rS2 desenvolvido em MATLAB. Esse simulador foi utilizado também para simulação com diferentes meios e condições iniciais de cultivo. Chegando-se a um ajuste geral entre valores experimentais e simulados com coeficiente de correlação de 0,88.
Título em inglês
Metabolic and mathematical modelling of kinetic behavior of Drosophila melanogaster S2 cells appropriate to their metabolic flexibility.
Palavras-chave em inglês
Drosophila melanogaster
Mathematical modelling
Metabolic modelling
Metabolism
Simulation
Resumo em inglês
The metabolism of the S2 cells (Schneider 2) Drosophila melanogaster is not yet fully known. There have been few specific studies on the metabolism of S2 cells, whether recombinant or wild (rS2), such as those transfected for expressing the rabies virus glycoprotein (RVGP). As the genome of Drosophila melanogaster have been mapped, the key enzymes that act on the metabolic processes in general have been identified and are available in the KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Thus, KEGG presents all possible pathways with the enzymes that can be encoded. Given this context, it was proposed a metabolic model based on a set metabolic glucose and glutamine assimilation pathways and were found characteristic elementary modes of the system through the Metatool program. Then the mathematical model was defined by addressing these elementary modes. This process was repeated until a set of metabolic pathways, by mathematical modelling, consistently responded to a set of ten experiments (in various conditions). We came to a basic metabolism for rS2 containing 33 pathways comprising glycolysis, pentose, Krebs cycle and oxidative phosphorylation. Previous data indicate that rS2 is a cell with high metabolic flexibility, which was confirmed by some reactions in the process proposed as reverse breakdown and synthesis of glutamine. The proposed metabolism resulted in 37 elementary modes. Another interesting model characteristic was the use of the production of purines and pyrimidines for the estimation of cell growth. After the modelling performed, the same initial runs conditions were simulated using a software of Simulation of the Kinetic behaviour of rS2 cells, developed in MATLAB. This simulator was also used for simulation of other experiments with different initial conditions and methods of cultivation. Coming to a general adjustment of experimental and simulated values with correlation coefficient of 0.88.
 
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Data de Publicação
2013-08-05
 
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  • JORGE, S. A. C., et al. Drosophila melanogaster S2 cells for expression of heterologous genes: From gene cloning to bioprocess development [doi:10.1016/j.biotechadv.2011.10.009]. Biotechnology Advances [online], 2012, vol. 30, p. 613-628.
  • Moraes AM, et al. Drosophila melanogaster S2 cells for expression of heterologous genes: From gene cloning to bioprocess development [doi:10.1016/j.biotechadv.2011.10.009]. Biotechnology Advances [online], 2012, vol. 01, p. 10.
  • BAPTISTUCCI, C. B., et al. Kinetic study of Drosophila melanogaster S2 cells culture for the production of glycoprotein of rabies virus. In XVIII National Meeting of Virology - Virologica 2007, Armação dos Búzios, RJ, 2007. Virus Reviews & Research.Rio de Janeiro : Sociedade Brasileira de Virologia, 2007. Abstract.
  • PEDRO, M. D. L., et al. Estudo comparativo dos métodos de transferência de oxigênio em culturas de células de inseto. In XVI SINAFERM - Simpósio Nacional de Bioprocessos, Curitiba, PR, 2007. Anais em CD-ROM (apresentação oral)., 2007.
  • Ventini DC, et al. Development of a bioprocess in bioreactor with S2 cells and downstream studies to scale up the production of Rabies Virus Glycoprotein. In Anual Meeting - Instituto Butantan, São Paulo, SP, 2008. Anais do Instituto Butantan - Anual Meeting 2008., 2008. Abstract.
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